未来储氢罐复合材料的发展动向复材云集|复合材料

发布日期：2023-03-07 15:25:44 浏览次数：274 评论：0

导读

在过往的几年中，有关复合材料低温储罐的创新一直瞄准太空和航空航天领域，而随着氢能在全球向清洁、零排放运输的过渡中继续占据

在过往的几年中，有关复合材料低温储罐的创新一直瞄准太空和航空航天领域，而随着氢能在全球向清洁、零排放运输的过渡中继续占据主导地位，热固性和热塑性储罐的开发已经走到了最前沿，甚至在汽车领域也是如此。

波音公司设计和制造大型全复合材料无衬里低温燃料箱

2021年12月，东丽先进复合材料公司（Toray Advanced Composites，TAC）宣布成立荷兰LH2（liquid hydrogen，液态氢）复合材料储罐联盟，旨在为民航开发长寿命、全热塑性复合材料LH2储罐。

荷兰航空航天中心（NLR，Marknesse）高级复合材料科学家Henri de Vries表示：“我们已经建立了额外的装备，用于在20开尔文温度下测试复合材料。我们在忙着测试材料，以测量它们是否能够抵抗微裂纹和H2通过层压板的渗透。我们在Ariane 6运载火箭发动机推力框架的工作中有经验，但当时的温度更高，接近80开尔文。尽管我们在测试热固性材料，但这主要是为了建立一个基准对比材料。相反，我们专注于热塑性塑料，这也是TAC的专长，因为我们已经看到了聚芳基醚酮(例如，PAEK, PEEK, PEKK)等半结晶聚合物在极低温下的有趣性能。”

在IV型压缩气体氢气（CGH2）储罐中，碳纤维增强环氧树脂缠绕在未增强尼龙或高密度聚乙烯（HDPE）里衬上作为渗透屏障。如何在复合材料LH2储罐演示器中实现这一点？“复合材料本身并没有那么糟糕，”Vries说。“我们已经有一个样品在-269°C的液氦中经受住了热循环。这需要进一步的测试，但很难在几个月内完成20年寿命的测试。”

英国ASCEND项目也正在建立类似的能力，该项目“致力于为飞机原始设备制造商提供潜在的解决方案，以生产更高速率、更复合材料密集型的飞机部件。”特别是主题4：电气化和多功能，提到“这些工作包将引入集成的多功能机身结构，包括合作伙伴Hive Composites开发的基于纳米材料的除冰系统、复合材料面板中的集成电线以及用于未来零排放、净零飞机的V型低温氢储罐的材料概念。在储罐工作包中，目标包括探索适用于低温复合材料的全球供应链，同时在英国开发测试能力，以在试片级别验证低温性能，并了解纤维缠绕或编织罐的制造能力。”

此外，2022年2月，由波音公司设计和制造并由NASA管理的新型大型全复合材料无衬里低温燃料箱通过了一系列关键测试。这项测试“建立在波音在航空航天应用中安全使用氢的广泛经验基础上，将为波音正在进行的氢作为商业航空未来潜在能源途径的研究提供信息。除了用于太空项目外，波音还完成了五个氢飞行演示项目。”

在汽车领域，法国Forvia公司为实现清洁出行转型的部分开发和战略包括使用热固性和热塑性复合材料的低温储氢罐。该公司推出了由子公司Faurecia开发的低温储氢解决方案，利用了液氢LH2的更高能量密度。它提供了一种更紧凑的版本，与70MPa储罐相比，能够在减少40%的体积内存储相同数量的H2。Forvia与法国巴黎液化空气公司合作，还以重型车辆运输为目标，生产过冷液态氢（sLH2）低温储罐（最大压力约为20巴）。

低温压缩氢气（Cryo-compressed hydrogen，CcH2）由德国宝马为汽车开发的，现在由Cryomomotive（德国陶夫基兴）使用绝缘碳纤维增强聚合物（CFRP）储罐系统继续开发。一旦商业化，Cryotomotive的卡车全尺寸演示储罐的直径将在600到700毫米之间，长度将为2350到2650毫米，可在2到4个储罐的系统配置中容纳75到115公斤的CcH2气体。”Cryotomotive联合创始人Tobias Brunner博士解释说：“我们发现，如果将LH2压缩成30或40兆帕的低温气体，基本上可以增加其密度，我们用林德公司制造了一台泵，结果表明我们可以生产30兆帕的高压低温气体，密度为80克/升，而LH2的密度为65至70克/升。”

(文/小编)

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